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BEOBACHTUNGEN
FLAMME
WACHS
GASE
INTERPRETATIONEN
DOCHT
REAKTIONENEINEKERZE
Licht
Farbe
Form
Bewegung
Reaktionsgleichungen
Prozesse
Theorien
Produkte
Reaktionsgleichungen
Thermodynamik
Geschwindigkeit
Einflüsse
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Wachs
• Bei einer Kerze ist Wachs der Brennstoff. Wachs besteht aus einfach gebauten Kohlenwasserstoffketten : ca 18 - 20 Kohlenstoffatome (C20H42), die an den Seiten noch Wasserstoffatome tragen; Kohlenstoff und Wasserstoff sind die Hauptbestandteile von fast allen brennbaren Substanzen auch von Bienenwachs, Pflanzen- und Tierölen.
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Wachs verdampft• Bei Zimmertemperatur ist Wachs fest; zündet man den
Docht an, beginnt das Wachs, zu schmelzen. "Schmelzen" bedeutet, dass die Hitze die Wachsmoleküle in Bewegung versetzt. Die Wachsketten lösen sich voneinander - das Wachs wird "flüssig" - und vom Docht durch Kapillarwirkung hochgesogen; die starke Hitze bringt die Wachsmoleküle dazu, sich noch heftiger zu bewegen, sie lösen sich vom Docht und zerbrechen schliesslich in kurzen Stücken als Gase. Diese Spaltung durch Hitzeenergie nennt man "Pyrolyse"; die kurzen Bruchstücke sind viel reaktionsfreudiger als die langen, trägen Wachsketten.
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Beobachtungen• Der Docht ist immer etwa gleich lang.• Die Flamme ist immer etwa gleich
hoch.• Die Flamme beginnt nicht direkt am
Docht.• Mit einem Reagenzglas kann Wasser
als Kondensat nachgewiesen werden.
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Beobachtungen• Der Russ ist nur im gelben Teil
nachzuweisen.• Über der Flammenspitze hat es keinen
Russ mehr.• CO lässt sich im gelben Teil der Flamme
nachweisen (Drägerröhrchen).• Wenn die Flamme leicht angeblasen wird,
bildet sich eine Russwolke.
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Schmelztemperaturdurch Wärmestrahlungerreicht
WachsParaffin
Glühender RussKohlenstoff, C
Dochtam verbrennenverkohltmit Wachs
Paraffin amverdampfenpyrolysieren
Wasserdampf
sauerstoffarmeZone mit Gas
Sauerstoffzufuhr
Kohlendioxid
bläuliche Flamme
Kerze brennt
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Wachs brennt• Jetzt kommt der Luftsauerstoff zum Zuge und
reagiert mit dem Wasserstoff in den Bruchstücken. Das ist die eigentliche Verbrennung: aus Sauerstoff und Wasserstoff entsteht unsichtbarer Wasserdampf. Dabei wird viel Energie in Form von Licht und Wärme frei. Diese Energie zerlegt immer mehr Brennstoff wird kleine Bruchstücke, die dann wiederum mit Sauerstoff reagieren. Eine Kettenreaktion ist in Gang gekommen. Das Feuer brennt von alleine weiter. Ein Teil der Energie wird dabei in Form von blauem Licht abgestrahlt, wie es an der Basis der Kerzenflamme sichtbar ist.
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Die gelbe Flamme
• Zurück bleiben die Kohlenstoffatome, die kleine, kugelförmige Russpartikel bilden; diese Russpartikel sind über 1000 Grad Celsius heiss und glühen deshalb in dem typischen warmen, gelben Licht, das eine Kerze so gemütlich macht.
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Schmelzenergiewird zugeführt Paraffin
C20H42
Glühender RussKohlenstoff, Cund CO
DochtKatalysatorKapillarität
Paraffin als kleine Moleküle
(C20H42)/n
WasserdampfH2O
Gas und Sauerstoffunterschuss
Sauerstoff O2
KohlendioxidCO2
bläulicher Rand,Sauerstoffüberschuss
Wachsbruchstückereagieren mit O2
Kerze brennt
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ParaffinC20H42
2 (C20H42)/n + 31/n O2 20/n (C + CO) + 42/n H2O
2 (C20H42)/n + 61/n O2 40/n CO2 + 42/n H2O
O2 wird „angesogen“
Reaktionsgleichungen
C + O2 CO2 2CO + O2 2CO2
Gespaltenes,pyrolysiertesParaffin(C20H42)/n
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Wärmestrahlung der Flamme
• Während sich die glühenden Russpartikel nach oben bewegen, reagieren auch sie mit dem Luftsauerstoff und werden zu dem Gas Kohlendioxid. Auch dabei wird Energie frei, die zum Teil in Form von Hitze abgestrahlt wird und zum Teil den Zerlegungsprozess an der Basis der Flamme aufrechterhält - bis das gesamte Wachs verbrannt ist.
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Folgerungen
• Die Reaktionen laufen je nach dem Verhältnis Paraffin-Dampf/Sauerstoff unterschiedlich.
• Zuerst reagiert der Wasserstoff mit dem Sauerstoff (hat die kleinere EN).
• Der reine Kohlenstoff verbrennt erst oberhalb der gelben Flamme.
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Temperaturen (selbst gemessen)
600 °C800 °C900 °C650 °C300 °C
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Thermodynamik
2 (C20H42)/n + 31/n O2 20/n (C + CO) + 42/n H2O
2 (C20H42)/n + 61/n O2 40/n CO2 + 42/n H2O
Die Reaktionen sind exotherm, es wird heiss
Die Produkte sind polarer als die Edukte
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Reaktionsgeschwindigkeit
2 (C20H42)/n + 31/n O2 20/n (C + CO) + 42/n H2O
2 (C20H42)/n + 61/n O2 40/n CO2 + 42/n H2O
Die RG ist gegeben durch:Paraffinzufuhr (Oberfläche,
Temperatur) und die Sauerstoffzufuhr
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Reaktionsgeschwindigkeit
Die Reaktions-geschwindigkeit ist ungefähr konstant, weil die Flamme etwa immer gleich hoch ist.
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Reaktionsgeschwindigkeit
Die RG ist gegeben durch:
Die Härte des Wachses
Die Oberfläche des Dochts
Die Farbe der Kerze!!!(Blau brennt schneller als
Weiss oder Rot)
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Flammenform
Die Flammenform ist nur im gelben Teil gut sichtbar.
Die ist bestimmt durch:• die Gasausdehnung in der
Flamme,• den thermischen Auftrieb,• die Sauerstoffzufuhr.